论文总字数：17463字

目 录

摘要： I

Abstract: II

1.综述 1

1.1我国水污染现状 1

1.2光催化原理 1

1.3钨酸盐 2

1.4钨酸镉的修饰与改性 3

2.实验部分 4

2.1 试剂､仪器 4

2.2 实验方法 4

2.2.1水热反应法的原理 5

2.2.2 不同反应时间的纯钨酸镉 5

2.2.3 Bi-CdWO₄ 5

2.2.4 Sr- CdWO₄ 6

2.2.5 纯C₃N₄ 6

2.2.6 Bi-CdWO₄与C₃N₄复合材料 7

2.2.7 Sr-CdWO₄与C₃N₄复合材料 7

2.3表征 7

2.3.1 X-射线粉末衍射仪(XRD) 7

2.3.2 扫描电子显微镜(SEM) 8

2.3.3X射线能谱仪(EDS) 8

2.4光催化实验 8

3.结果与讨论 8

3.1纯CdWO4 8

3.2 Bi-CdWO₄ 10

3.3 Sr-CdWO₄ 12

3.4 Me-CdWO₄与C₃N₄复合材料 15

4.结论与展望 16

致谢 17

参考文献: 17

钨酸镉的修饰与改性

蔡锐

，China

Abstract:In this paper, a time-dependent experiment was designed, and the optimum reaction time preparing CdWO₄ by hydrothermal method was determined, and its photocatalytic activity was verified. Then, CdWO₄ was modified by Bi and Sr elements to determine the optimal doping amount. Finally, Me-CdWO₄ was composited with C₃N₄ and its effect on the photocatalytic activity was investigated. The X-ray powder diffraction (XRD), X-ray energy dispersive spectroscopy (EDS) and scanning electron microscopy (SEM) were used to characterize the sample,and the photocatalytic activity was evaluated by degrading RHB. The results show that the as-prepared sample presents rod-like structure,the optimal molar ratio was Bi: Cd = 10%, Sr: Cd = 3%,and the photocatalytic performance of Me-CdWO₄ andC3N4 composite is better than that of CdWO₄. It can not only completely degrades RHB, but also greatly reduces the time required for complete degradation.

Key words：cadmium tungstate(CdWO₄)、metal-doped、recombination of C₃N₄

1.综述

1.1我国水污染现状

我国的水资源总量在全世界排到了第六位，但是由于人口众多，人均占有量却只有世界人均占有量的四分之一，因此，我国依然是一个贫水的国家^[1]。但是，随着科学技术与工业生产的高速发展，水体的污染愈发的严重，越来越多的水污染问题进入公众的视野中。治理水污染，保护水资源也成为了刻不容缓的事情。

水体污染物有无机污染物和有机污染物两种，其中，有机污染物因为其结构比较复杂，而且不易被自然的生态系统降解，易在环境中积累，大大的增加了污水处理的难度，并且部分有机污染物还有致癌、致畸、致突变的三致作用^[2]，对人体的健康产生了极大的威胁而受到人们的广泛重视。成为了人们治理水体污染的重要研究部分。

有机污染物的来源主要有以下几类，首先是工业领域的污水排放，工业污水的排放量大，种类众多，成为了主要的污染源^[3]。二是农业对于水体的污染，各种农药、化肥、除草剂等对于水体也造成了较为严重的污染。最后，居民的日常生活用水也是一个比较大的污染源，比如日常生活所使用的各种洗涤剂。

目前，对于有机污染物的处理主要有物理方法、生物方法和化学方法。其中物理方法使用最多的就是吸附法^[4]，将污染物富集起来，然后转移走，但这样做并没有真正的降解掉有机污染物，很容易造成二次污染。生物方法主要是通过微生物新陈代谢的活动中对于特定污染物的转移或者转化，来实现污水净化的目的^[5]。但是，一种微生物一般只能降解一种或几种污染物，对于处理复杂的水体污染比较困难。化学方法主要是利用氧化、还原、中和、化学沉淀等手段，与污染物进行反应，改变污染物的结构，使之低毒化、无毒化^[6]。目前，采用光催化氧化的手段对污水进行处理是化学方法的热点。

1.2光催化原理

1972年，日本科学家Fujishima^[7]在《Nature》上发表了一篇关于二氧化钛电极在光照下分解水得到了氧气和氢气文章，就此拉开了光催化氧化的序幕。越来越多的人投入到了这一相关课题的研究当中。

在光照的条件下，当射入的光子的能量高于半导体光催化剂的禁带宽度时，半导体光催化剂就会吸收这些光子，位于价带的电子就会跃迁到导带上，形成具有还原性光生电子，并在价带上留下一个强氧化性的空穴。这样就在半导体光催化剂中生成了光生电子－空穴对，也就是光生载流子^[8]。光生载流子接下来会有四中不同的反应途径，如图1所示(1)光生载流

子在半导体催化剂的内部进行自我复合；(2)光生载流子迁移到半导体光催化剂的表面，并在表面发生了自我复合；(3)迁移到半导体光催化剂表面的光生电子与表面的物质发生还原反应；(4)迁移到半导体光催化剂表面的空穴与表面的物质发生氧化反应，或者是形成具有较强氧化性的羟基自由基或超氧自由基，进而发生氧化反应。利用光催化氧化剂在光照下产生光生载流子具有较强的氧化还原性的原理，我们可以用其处理污水中的有机污染物。

图1.光催化反应原理图

在光催化的研究进程中，首先被人们看中的是各种简单的氧化物，如TiO₂、CeO₂、ZnO、WO₃以及硫化物^[9]等，接着，人们将目光转向了较为复杂的氧化物上面，如NaTaO₃^[10]､BiVO₄^[11-13]、BaTiO₄、SrTiO₃^[14-16]、CdWO₄等。关于上述的一些物质的研究，很多都已经较为成熟了，而且所得的结果也不都令人满意。因此，研究新的半导体光催化氧化剂是很有必要的。

1.3钨酸盐

钨酸盐^[8]是一种拥有很好的光学性质的无机材料，热稳定性很好，而且比较容易制备出来，能够很好的控制其形貌，因此受到人们的广泛关注和重视。在人们做了大量的研究后，钨酸盐作为一种拥有很多功能的材料，在光纤、光致发光的材料等发光元件、磁性材料、光催化氧化材料上有很大的应用前景。

在具体的钨酸盐材料的研究与应用方面，很多材料的的历史已经非常悠久了，并且已经形成了一个较为完善的体系。其中比较为人们所熟知的有ZnWO₄，ZnWO₄是一种很好的功能性无机材料，它的研究从1948年就已经开始了^[17]，其化学性质很稳定，光学性能好，在光学材料方面的应用广泛^[18]。在光催化性能方面，能够对RHB^[19]、CH₂O^[20]、孔雀绿^[21]等有机污染物进行有效的降解,表现出较为优秀的光催化活性^[22]｡Bi₂WO₆也是一个钨酸盐的研究热门，其禁带宽度较小，在大于420nm的可见光照射下表现出了优异的光催化活性^[23]，对含酚类化合物的废水有很好的降解净化作用^[24]。

CdWO₄^[25]，作为钨酸盐家族中的一员，由于其辐射损伤小，平均折射率高，X射线吸收系数高，引起了人们的极大兴趣。CdWO₄已被广泛用作X射线闪烁体，具有效率高，化学稳定性高，停止功率高，衰减时间短等优点，也是计算机断层扫描仪中先进的医用X射线检测器^[26]。 CdWO₄的光催化活性研究很少有人进行报道。因此，检查CdWO₄材料的光催化性能并通过修饰来提高CdWO₄的光催化性能是非常有意义的。

1.4钨酸镉的修饰与改性

通过光催化的原理与纳米材料的性能我们得知，纳米材料的光学与电学性质，敏感的依赖于尺寸和形态，比如，同一种钨酸盐的纳米颗粒、纳米棒、纳米纤维和纳米管等纳米晶体有着不同的光催化活性。当然，我们也可以通过掺杂的方式，加入微量的金属离子，从而影响光催化氧化材料的晶格，产生晶格缺陷，改变禁带宽度，来提高光催化氧化剂的性能^[27]。本文将通过加入Bi和Sr两种掺杂元素来修饰钨酸镉晶体^[28]，进而提高其光催化氧化的活性。

离子掺杂是一种常见的对光催化纳米材料修饰的手段。其主要是通过在光催化剂的表面掺杂入一些稀土、金属离子等元素。掺杂修饰过的光催化剂会出现晶格缺陷，电子结构被改变。从而扩大了其光响应的范围。并且掺杂了的元素或者离子有可能形成电子，促进电子的转移，提高光生载流子的分离，提升光催化剂的性能。

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